Облучатели спутниковых тарелок своими руками

Довольно часто в погоне за интернетом в деревне возникает необходимость в антенне с высоким коэффициентом усиления, 20 dBi и выше. Практически единственным вариантом такой антенны для изготовления DIY-шнику своими руками в домашних условиях остается использование зеркальной спутниковой антенны. Нужно только стандартную головку Ku-диапазона спутникового телевидения заменить на свой облучатель. В этой статье вашему вниманию предлагается простой в изготовлении, но весьма эффективный широкополосный универсальный 3G/4G/Wi-Fi MIMO облучатель WBME для бытовой спутниковой тарелки на частоты 1700..2700 МГц…

Сразу возникает вопрос. Можно ли в качестве облучателя применить любую подходящую антенну, желательно по мощнее, например «Сдвоенный квадроэллипс»? Ответ — нет. Облучатель — это не отдельная антенна, которая просто «суммируется» с тарелкой. Они работают как единое целое и параметры облучателя зависят от параметров тарелки. Критерии выбора облучателя следующие:

Облучатель должен по возможности равномерно осветить всю поверхность тарелки или, другими словами, иметь вполне определенную ширину главного лепестка диаграммы направленности. А поскольку коэффициент усиления любой антенны связан с шириной ее главного лепестка, оптимальная величина усиления облучателя также вполне определена. Зависит она от отношения фокусного расстояния зеркала к его диаметру (f / D). Если мы возьмем облучатель с усилением выше оптимального, он будет узким лучом освещать только центр тарелки, а края ее окажутся в тени. Если меньше, то своим широким лепестком он будет светить за края тарелки. В обоих случаях эффективность всей параболической антенны (тарелка + облучатель) будет уменьшаться.
Форма главного лепестка диаграммы направленности облучателя как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости должна быть примерно одинакова . Таким образом любая секторальная антенна не пригодна в качестве облучателя. Она будет освещать только узкую полосу на тарелке, а большая ее часть окажется в тени.
Облучатель должен иметь как можно меньший уровень заднего и боковых лепестков , поскольку они существенно ухудшают параметры параболической антенны.
Необходимо учитывать влияние зеркала и облучателя друг на друга . Волна от зеркала проходит через облучатель и меняет его входной импеданс. В результате КСВ антенны меняется. Сам облучатель тоже затеняет зеркало. Для уменьшения этих эффектов применяют офсетное расположение облучателя.
В офсетке мы не просто взяли и сдвинули облучатель куда-то в сторону. Сама тарелка офсетки является вырезом с боковой поверхности большого параболического виртуального отражателя , а облучатель остается в его фокусе. Это налагает дополнительные сложности в расчетах.
Фазовый центр облучателя должен быть точечным, а не размазанным в пространстве и помещаться в фокусе тарелки . Подробнее об этом ниже.

Как видим, проектирование облучателя для произвольно взятого зеркала (например самодельного) — задача совсем не простая. Но нам в помощь тот факт, что тарелки для спутникового телевидения стандартизированы (f / D = 0,5..0,6), иначе пришлось бы использовать для них не стандартные Ku-головки, а для каждой тарелки подбирать отдельную. Оптимальное усиление облучателя для такой тарелки около 9,5dBi. Облучатель WBME как нельзя лучше подходит для использования с такой бытовой спутниковой тарелкой.

WBME — Wide Band Magneto-Electric dipole — предложен двумя китайским учеными — Kwai-Man Luk из Гонконгского университета и Mingjian Li из Висконсинского университета в Мадисоне (США) в 2012-2015 годах. Его можно представить как суперпозицию двух элементарных излучателей. Первый излучатель представляет из себя полуволновый вибратор, который эквивалентен элементарному электрическому диполю . Второй излучатель — короткозамкнутый четвертьволновый патч, излучающая щель которого эквивалентна элементарному магнитному диполю. Вместе патч и полуволновой вибратор составляют магнитно-электрический вибратор , который, в свою очередь, эквивалентен хорошо известному в теории элементу Гюйгенса с диаграммой направленности в форме кардиодиды.Обратим внимание читателя, что понятия «магнитный диполь» , «электрический диполь» , «элемент Гюйгенса» — это виртуальные математические абстракции из теории антенн. «Полуволновой вибратор», «короткозамкнутый четвертьволновый патч», «магнитно-электрический вибратор» — реальные антенны, которые можно пощупать руками. Отметим, что в англоязычной литературе абстрактный элементарный электрический диполь и реальный вибратор обозначаются одним словом — dipole. Это может привести к путанице понятий. По сути абстракции призваны упростить понимание физики явлений, но для практика, привыкшего работать с реальным железом, абстракции воспринимаются довольно туго. А тут еще и с реальными антеннами называются одним словом!

Перейдем теперь непосредственно к железу. Наш MIMO облучатель состоит из двух ортогонально вложенных друг в друга магнитно-электрических вибраторов с общим рефлектором в виде короба. Каждый вибратор возбуждается с помощью П-образного зонда, который по совместительству является балуном-симметризатором. Короб-рефлектор имеет размеры 116х116х36 мм. Внутри него на стойках из алюминиевого профиля 15х15 мм высотой 34.5 мм закреплены крылья вибраторов 28х28 мм из алюминия толщиной 0.5 мм. В щели шириной 7 мм между стойками расположены П-образные возбуждающие зонды из медной ленты шириной 5 мм одним концом припаянные к центральному проводнику разъема питания (их два для MIMO — «порт1» и «порт2»). Зонды не должны иметь контакта между собой. Толщина полосок зондов не критична — 0,3..0,7 мм. Проведя от углов короба диагонали, мы найдем центр рефлектора антенны, от которого следует плясать, делая разметку.

Облучатель, предлагаемый в этой статье, рассчитал yurik82 под стандартные материалы, которые можно купить в любом строительном супермаркете. Характеристики облучателя и параболической антенны — офсетки диаметром 0,9 м с этим облучателем можно посмотреть на изображениях ниже (кликните на изображение для увеличения):


Входной импеданс	КСВ	Усиление

Подавление заднего лепестка [dB]	Диаграмма направленности	Связь между MIMO портами [dB]

Диаграмма направленности зеркало + облучатель	Усиление зеркало + облучатель	Коэффициент использования зеркала [%]

КСВ в пределах рабочего диапазона не более 1.7 как при 75-омной, так и при 50-омной нагрузке. Поэтому антенну резонно использовать с более дешевым 75-омным фидером. Усиление 8-10 dBi. Ширина главного лепестка по уровню 6 дБ около 60°. Отношение излучения вперед/назад не хуже 26 дБ. Развязка между MIMO портами не хуже 36 дБ. При использовании совместно с зеркалом диаметром 0.9 м общее усиление параболической антенны достигает 21..24,5 dBi при коэффициенте использования поверхности зеркала не хуже 40%.

Облучатель должен быть помещен в фокус тарелки, там где стояла головка Ku конвертера. Но, поскольку облучатель не маленький, возникает вопрос. Что конкретно поместить в фокус, ведь облучатель довольно объемный объект? Обычно этому вопросу не придается должное значение, а от этого во многом зависит эффективность параболической антенны. В фокус тарелки должен быть помещен фазовый центр облучателя. Если мы в пределах главного лепестка диаграммы направленности облучателя выберем фронт волны с одинаковой фазой, то он будет представлять из себя сегмент от виртуальной сферы. Центр этой сферы и будет фазовым центром антенны. Она как бы светит из этой точки. В широкополосной антенне фазовый центр не постоянен. Меняется частота — меняется длина волны, меняется положение фазового центра. Ниже на графике приведено рассчитанное положение фазового центра облучателя в зависимости от частоты, расстояние рассчитывается от вышеупомянутого центра рефлектора по оси вектора излучения:Как видим, фазовый центр лежит в плоскости поверхности патчей-вибраторов на частоте около 2160 МГц. На более высоких частотах он лежит ближе к рефлектору облучателя, на более низких — дальше. При использовании антенны в широкодиапазонном варианте допускается выбор фазового центра для одного из диапазонов. Тогда в остальных диапазонах коэффициент использования зеркала будет несколько меньше оптимального. В широкополосном варианте с тарелкой 0,9 м выбрано оптимальное среднее значение 40 мм. В конструкции крепления облучателя следует предусмотреть возможность перемещения его вдоль оси для точной установки фазового центра в фокус и вращения вокруг оси для подстройки поляризации.

Подводя итоги подчеркнем достоинства данной конструкции:

Конструкция отвечает всем критериям выбора облучателя для офсетки, которые мы перечислили в начале статьи.
Конструкция является широкополосной и универсальной для любого СВЧ диапазона передачи данных, как 3G/4G, так и Wi-Fi.
В силу своей широкополосности конструкция имеет высокую повторяемость и при аккуратном изготовлении не требует подстройки.
Для изготовления антенны используются доступные и недорогие материалы.

Из недостатков следует отметить отсутствие контура короткого замыкания по постоянному току по входу антенны, но поскольку П-зонд возбуждения надежно укрыт от внешней среды внутри заземленной системы диполей, а короб закрыт пластиковой крышкой, то накопление на нем заряда практически исключено и антенна не нуждается в дополнительной защите от статики.

В заключении отметим, что широкополосные антенны на основе WBME вибратора предлагаются как перспективные конструкции для сетей 5G, в которых каналы передачи данных работают одновременно в разных диапазонах.

Источник

Как сделать 4G облучатель для спутниковой антенны своими руками

4G облучатель — беспроводная высокоскоростная передача данных мобильным устройствам и терминалов модель, которые работают с данными. Он повышает пропускную работоспособность и скорость за счет потребления иного радиоинтерфейса с улучшением ядра сети.

Основной шаблон произведен 3GPP (объединение, которое развивает спецификации для мобилизации). Интерфейс LTE не совместим с 2G и 3G и от этого обязан функционировать на отдельной частоте. Выделяют три частоты диапазона — 800, 1800 и 2600 МГц.

Виды 4G облучателей

Стандарт LTE двух видов, что отличаются между собой. FDD — Frequency Division Duplex — входящий и исходящий каналы частоты разнос; TDD — Time Division Duplex — временная разноска входящего и исходящего канала. То есть, FDD — параллельный, а TDD — последовательный LTE.

Конструкция 4G облучателя

На офсетную антенну облучатель UMO MIMO 2×2 рассчитан на эксплуатацию с 3G/4G и Wi-Fi (2,4 МГц) роутерами или модемами конструкции MIMO 2×2 диапазона 1.92-2.68ГГц. У облучателя два входа, идентичны ортогональным поляризациям выделяемого сигнала. Особая схема излучателя дает высокую развязку между входами в частоте широкой полосы.

При использовании параболических зеркал крупного диаметра получится показатель больше, чем у других конструкций антенны. Облучатель нужно использовать в комплекте с короткофокусными зеркалами (F/D=0.5-0.6). Элементы, плотно закрываются от осадков и опасных реакций в пластиковый корпус. Для подсоединения к модему нужно два адаптера и 2 сборки кабельные, антенные адаптеры для модема, USB-удлинитель, WIFI-роутер.

Обратите внимание! Облучатель для 4g антенны рассчитан на эксплуатацию объединено с офсетной тарелкой.

Показатели усилителя увеличиваются до 27 дБи. Если сигнал модема не устойчив, а скорость интернета низкая, то облучатель дает возможность предоставить устойчивый сигнал на расстоянии до 25 км.

Технические характеристики

4G система создана на пакетных протоколах передачи данных. На сегодняшнее время в использовании протокол IPv4, а в будущем проектируется поддержка IPv6.

Отличие идет на том, что сама технология 4G создана на протоколах пакетной передачи данных, а 3G совмещает в себе и пакетную коммутацию, и коммутацию каналов.

Важно! Исследования показывают, что 4G ведет в направлении использования ортогональной частоты уплотнения OFDM. Для получения максимальной скорости в использовании идет MIMO. С такой технологией эти антенны разбиты так, чтобы достигла слабая корреляция между соседними антеннами.

Таблица 1. Технические характеристики антенного облучателя MIMO

1	Тип оборудования	направленный
2	Рабочий диапазон	2500-2700
3	Коэффициент усиления антенны	12дБ
4	Поляризация	Линейная (выбирается при установке)
5	К.У. в составе из тарелки Ф 600 мм не менее дБ	19
6	К.У. в составе из тарелки Ф 900 мм не менее дБ	24
7	К.У. в составе из тарелки Ф 1200 мм не менее дБ	27
8	Входное сопротивление Ом	50
9	Тип разъема для использования	розетка

Что такое MIMO стандарт и как он используется в 4G облучателе

Дословно если перевести Multiple Input Multiple Output это значит «Множественный Вход Множественный Выход».

Обратите внимание! Сама основа этой технологии решается путем кодировки пространственного сигнала, где идет повышение полосы канала пропускания где передача данных идет.

Иными словами, расширяется сам сигнал за счет усиления параллельных антенн.

Довольно часто эту же технологию нового поколения Multiple Input Multiple Output (MIMO) употребляют в Wi-Fi, благодаря которой скорость передачи данных оказывается более 300 Мегабит в секунду. К этому же, вследствие чего сеть беспроводная стала быстрее передавать нужную информацию там, где прием сигнала очень мал. В 4G, и Wi-Fi скорость стала свыше чем 300 МгБ в секунду.

Высокая особенность и устойчивость соединения на отдаленных расстояниях от станции — высший успех MIMO.

Обратите внимание! Положение нанотехнологии идет в распределении потока на несколько каналов, тогда их можно пустить по разным путям через несколько антенн и пустить при этом независимыми.

Если же передача будет идти по двум каналам одной и той информации с задержкой, то можно восстановить утраченные символы на приемной стороне, что улучшает отношение сигнал/шум до 10-12 дБ. Соответственно, эта технология ведет к росту скорости.

Для раздела каналов в использовании идет поляризацию. В сети Wi-Fi эта технология работает в стандарте IEEE 802.11n и IEEЕ 802.11ас и многими устройствами поддерживается. Существует такой термин, как «кабельная сборка». Это кабель, соединяющий антенну и устройство, что передает (модем, роутер). Чтобы правильно выбрать нужную сборку, надо знать точное расстояние от самой антенны до устройства.

Так как диапазон работы сети 4G почти совпадает с диапазоном предыдущей генерации, то сложностей не будет в эксплуатации в сетях 3G 4G LTE. Это позволяет приблизить скорость передачи данных к максимуму. Сама конструкция 4G модема предполагает применение технологии MIMО.

Как сделать 4G облучатель для спутниковой антенны своими руками

Обратите внимание, что с 4g mimo облучатель спутниковой тарелки увеличивает пропускную скорость более чем на 20-30% по сравнению с обычной антенной.

Важно! Поляризация сама обязана соответствовать базовой станции.

Чтобы сделать облучатель 3g 4g для спутниковой антенны своими руками нужно цельнорезьбовая шпилька М6/М8 140 мм, гайки под шпильку — 12 шт, F разъем под ТВ кабель — 4 шт, разъем Pigtal с переходником — 2 шт, коаксиальный кабель 12 м — 2 шт и жесть тонкая любого металла. облучатель 3g 4g для спутниковой антенны своими руками чертежи:

Сильная 3g 4g lte антенна 2×27 db усилением. Антенна Мимо с двойной поляризацией идет ( горизонт и вертикаль), что увеличивает по максимуму скорость и обеспечивает хороший прием инета. На 2*27 дб антенна подходит как на 3G так и на 4G, потому что меняет геометрию свою.

Собирая параболическую антенну 3G 4G mimo необходима точность. Вырезаются 6 дисков из жести диаметром 100, 74, 54, 37, 37 и 37 мм (для облучателя 3G 2100 МГц) с центральными отверстиями.

На диске 74 мм сразу делается отверстие для пайки жилы провода на 11 мм от края. Тут же крепятся коаксильные провода в 50 Ом для ТВ. Другое отверстие делается также в 11 мм и под углом 90 градусов. Из F разъема отламывается выступающая часть и прессуется на диск в 100 мм. Телекабели к самому большому диску прикрепить. После установления припаять провода. И последнее, что делается, это прикрепить к проводу разъемы Pigtal.

Монтаж антенны

Чтобы настроить работу антенны, следует правильно расположить конструкцию. Согласно общим правилам, антенну лучше вывести на улицу и высоко поднять. Антенна направляется в сторону раздающей станции. Учитывайте, что чем выше поднимаете антенну MIMO, тем больше кабеля потребуется, что может привести к помехам.

Важно! При монтаже главное выставить тарелку так, что бы он сигнал улавливался

Включение и настройка

Используя универсальный модем 3G/4G настройки пройдут автоматически.

В итоге, антенну МИМО сделать своими руками не очень трудно. С точностью до всех мелочей получится работающее устройство и со стороны финансов сэкономить, что немаловажно. Сконструировать 3G облучатель на антенну своими руками будет проще, а в местностях где нет покрытия это единственный вариант для повышения скорости соединения.

Источник